Nytt kylningsmaterial härmar skalbagges sätt att reglera sin kroppstemperatur
En skalbagge som kan överleva i vulkaniska områden har inspirerat en internationell forskargrupp, bland annat från KTH, att utveckla ett nytt material med mycket bra kylningsegenskaper. Tänkbara tillämpningar är energieffektiva byggnader, elektronik och bärbara produkter, exempelvis kläder. Resultaten presenterades nyligen i den vetenskapliga tidskriften PNAS.
Nya material som härmar naturen, så kallade biomimetiska material, blir allt vanligare. Det kanske mest kända exemplet är kardborrebandet, där inspirationen kom från den självhäftande egenskapen hos de små krokarna på kardborreväxten. Det senaste exemplet är ett nytt material för kylning som inspirerats av den långhorniga, gyllene skalbaggen Neocerambyx gigas som kan överleva i vulkanområden. Skalbaggen lever i sydöstra Asien, bland annat Thailand och Indonesien, där är temperaturen ofta över 40 grader och marktemperaturen över 70 grader under varma sommardagar.
Reglerar sin kroppstemperatur effektivt
Skalbaggen har utvecklat ett effektivt sätt att reglera sin kroppstemperatur genom att minska solljusintag och att maximeramängden värme den (skalbaggen) släpper ifrån sig. Det inspirerade Max Yan, fotonikforskare på KTH, och hans kollegor på Shanghai Jiao Tong University (SJTU) att titta närmare på skalbaggens kroppsstruktur, framför allt nanostrukturerna på fluffarna som täcker dess kropp.
– Faktum är att skalbaggens nanofotoniska struktur kan bidra till att reflektera solljus, som är mest synligt, och öka utstrålningen av kroppens värmeljus, infrarött ljus, säger Max Yan.
Kylningseffekt utan el
Det nya kylmaterialet har en hierarkisk struktur som är inspirerad av fluffarna på skalbaggens kropp. Materialet är tillverkat av en polymerfilm (PDMS) som är inbäddad med små mikrometerstora keramiska partiklar (exempelvis aluminiumoxid).
En vanlig PDMS-film är ursprungligen genomskinlig. Men pyramidiska strukturer och keramiska partiklar gör att ljuset sprids bakåt på polymerfilmen så att den blir vit. Det gör att filmen effektivt avvisar inkommande solenergi.
Samtidigt kan de keramiska partiklarna fungera som effektivt antenner som skickar ut värmeljus. På så vis åstadkoms en kyleffekt. Forskarna har registrerat fem graders temperatursänkning under direkt solljus. En kylningseffekt som uppnås utan el, så kallad passiv kylning.
Tillämpningar inom bygg, elektronik och kläder
Till skillnad från andra passiva kylmaterial är detta material baserat på polymerer och en på en tillverkningsmetod som kallas mikrostampning, förklarar Max Yan.
– Det gör att materialet är flexibelt och kan tillverkas i stor skala. Det är också mekaniskt starkt och hydrofobiskt (vattenavvisande).
Dessa egenskaper hos materialet kan vara viktigt för framtidens energieffektiva byggnader, elektronik och bärbara produkter, exempelvis kläder.
Håkan Soold